NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MÃ KÊNH CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN HAP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG NGUYỄN THỊ THU HIÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MÃ KÊNH CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN HAP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019 BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN THỊ THU HIÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MÃ KÊNH CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN HAP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 9.52.02.08 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ NHẬT THĂNG PGS.TS NGUYỄN THÚY ANH HÀ NỘI – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết viết chung với tác giả khác đồng ý đồng tác giả trước đưa vào luận án Các kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Thu Hiên ii LỜI CẢM ƠN Thực luận án tiến sĩ thử thách lớn, đòi hỏi kiên trì tập trung cao độ Tơi thực hạnh phúc với kết đạt đề tài nghiên cứu Những kết đạt khơng nỗ lực cá nhân, mà cịn có hỗ trợ giúp đỡ thầy hướng dẫn, nhà trường, mơn, đồng nghiệp gia đình Tơi muốn bày tỏ tình cảm đến với họ Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo - PGS.TS Lê Nhật Thăng cô giáo - PGS.TS.Nguyễn Thúy Anh quan tâm hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Khoa Viễn thông 1, Khoa Đào tạo Sau Đại học Lãnh đạo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình thực luận án Tơi xin cảm ơn tập thể Lãnh đạo, giảng viên Khoa Viễn thông – Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng cổ vũ động viên tơi q trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn cha mẹ gia đình ln bên cạnh ủng hộ, giúp đỡ Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất người bạn tôi, người chia sẻ cổ vũ tơi lúc khó khăn Nghiên cứu sinh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .x CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC xiii MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG 10 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .10 1.1 HẠ TẦNG TRÊN KHÔNG TẦM CAO 10 1.1.1 Giới thiệu chung 10 1.1.2 Các vấn đề mơ hình kênh HAP 13 1.2 MÃ HÓA KÊNH 15 1.3 CÁC THAM SỐ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MÃ KÊNH CHO HỆ THỐNG HAP 19 1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN, NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 21 1.4.1 Các cơng trình nghiên cứu liên quan nhận xét 21 1.4.2 Hướng nghiên cứu luận án 23 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG 23 DUNG LƯỢNG KÊNH CỦA HỆ THỐNG HAP .23 2.1 MƠ HÌNH KÊNH HAP 23 2.2 DUNG LƯỢNG KÊNH CỦA HỆ THỐNG HAP 31 2.2.1 Dung lượng kênh không nhớ đầu vào rời rạc - đầu liên tục 32 2.2.2 Xác suất tới hạn 40 iv 2.2.3 Dung lượng tới hạn 42 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 CHƯƠNG 46 THIẾT KẾ MÃ KÊNH TIẾP CẬN DUNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG HAP 46 3.1 BIỂU ĐỒ TRUYỀN ĐẠT THÔNG TIN NGOẠI LAI 46 3.2 ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG MÃ CHẬP KHÔNG ĐỀU TRONG HỆ THỐNG HAP 49 3.2.1 Đặc tính truyền đạt giải mã vịng 52 3.2.2 Đặc tính truyền đạt giải mã vịng ngồi 53 3.3 THIẾT KẾ MÃ KÊNH TIẾP CẬN DUNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG HAP 56 3.3.1 Cơ chế mã hóa IrCC-URC-MOD 57 3.3.2 Mã chập không 58 3.3.3 Thiết kế mã IrCC cho hệ thống HAP 61 3.3.4 Kết thiết kế mã IrCC 68 3.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MÃ CHẬP KHÔNG ĐỀU 73 3.4.1 Kết 1: Hiệu chế mã hóa IrCC17(31,27)-URC-QPSK, tỷ lệ mã hóa Rc=0,5 73 3.4.2 Kết 2: Hiệu FER chế mã hóa IrCC17-URC-QPSK qua kênh HAP pha-đinh Rice 75 3.4.3 Kết 3: Hiệu FER chế mã hóa IrCC8-URC-QPSK qua kênh HAP chuyển mạch hai trạng thái 77 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 84 CHƯƠNG 86 XÂY DỰNG MƠ HÌNH GIẢI TÍCH XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG BIÊN XÁC SUẤT LỖI CHO HỆ THỐNG HAP 86 4.1 XÂY DỰNG CƠNG THỨC TÍNH XÁC SUẤT LỖI CẶP 86 v 4.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH GIẢI TÍCH XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG BIÊN XÁC SUẤT LỖI BIT CỦA CƠ CHẾ MÃ HÓA IrCC-URC-QPSK 90 4.2.1 Xây dựng mơ hình giải tích xác định đường biên xác suất lỗi bit 90 4.2.2 Hàm liệt kê trọng số mã chập thành phần 96 4.2.3 Hàm liệt kê trọng số mã URC 99 4.2.4 Kết đạt 101 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 102 KẾT LUẬN 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ 106 PHỤ LỤC 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Hệ thống HAP triển khai độ cao 17~22km [4] .11 Hình Giải pháp sử dụng hệ thống HAP cung cấp dịch vụ băng rộng [11] 12 Hình Bán kính vùng phủ hệ thống HAP [4] 15 Hình Độ lợi mã hóa hệ thống có khơng có mã kênh [18] .16 Hình Mã liên kết hai tầng nối tiếp: mã hóa (a) giải mã (b) 18 Hình Các mơ hình thống kê kênh HAP [4] 26 Hình 2 Mơ hình kênh hai tia cho kênh truyền HAP [1] 27 Hình Mơ hình kênh HAP chuyển mạch hai trạng thái [15] 30 Hình Mơ hình DCMC hệ thống sử dụng tín hiệu dạng sóng M mức 34 Hình Dung lượng DCMC hệ thống HAP qua kênh HAP pha-đinh Rice 37 Hình 2.6 Dung lượng DCMC hệ thống HAP qua kênh HAP pha-đinh Rice, sử dụng điều chế QPSK, góc ngẩng khác 38 Hình 2.7 Dung lượng DCMC hệ thống HAP qua kênh HAP pha-đinh Rayleigh 37 Hình Dung lượng DCMC hệ thống HAP qua kênh HAP chuyển mạch .38 Hình Xác suất tới hạn (Pout) DCMC hệ thống HAP qua kênh HAP pha-đinh Rice,   (K=10dB) .41 Hình 10 Xác suất tới hạn (Pout) DCMC hệ thống HAP qua kênh HAP pha-đinh Rayleigh,   0 .41 Hình 11 Dung lượng tới hạn DCMC (Cout) hệ thống, điều chế QPSK qua kênh HAP pha-đinh Rice,   (K=10dB),  khác 43 Hình 12 Dung lượng tới hạn DCMC (Cout) hệ thống, điều chế 16QAM qua kênh HAP pha-đinh Rice,   (K=10dB)  khác 44 Hình 13 Dung lượng tới hạn DCMC (Cout) hệ thống HAP, điều chế QPSK qua kênh HAP pha-đinh Rayleigh,   0 ,  khác 44 vii Hình Bộ mã hóa (a) giải mã SISO (b) 48 Hình Sơ đồ chế mã hóa SCCC [12] .51 Hình 3 Sơ đồ khối đánh giá đặc tính truyền đạt giải mã vịng 53 Hình Đánh giá đặc tính truyền đạt giải mã vịng ngồi 53 Hình Biểu đồ EXIT chế mã hóa kênh [12] qua kênh HAP pha-đinh Rice (K=10 dB), điều chế QPSK, Rc=0,5 55 Hình Sơ đồ chế mã hóa IrCC-URC-MOD cho hệ thống HAP .57 Hình Sơ đồ mã chập thành phần Ck, tỷ lệ mã hóa Rk  0,8 xây dựng từ mã chập mẹ CC(1,15/17) .58 Hình Biểu đồ EXIT mã chập thành phần Ck, tỷ lệ mã hóa Rk  0,8 (a) Rk  0, 75 (b) xây dựng từ mã chập mẹ CC(1,15/17) .59 Hình Mã chập không 17 thành phần (IrCC17) .60 Hình 10 Đường cong EXIT mã chập thành phần xây dựng từ mã chập mẹ CC(1,15/17) CC(1,27/31) .61 Hình 11 Đường cong EXIT IrCC3, IrCC8 IrCC17 66 Hình 12 Đường cong EXIT IrCC3 CC(1,15/17) 67 Hình 13 Đường cong EXIT IrCC8 IrCC17 67 Hình 14 Biểu đồ EXIT chế mã hóa IrCC17(31,27)-URC-QPSK qua kênh HAP pha-đinh Rice,   450 (K=10 dB), Rc=0,5 69 Hình 15 Quỹ đạo giải mã chế IrCC17(31,27)-URC-QPSK, qua kênh HAP phađinh Rice,   450 (K=10 dB), Rc=0,5 69 Hình 16 Mơ hình mơ chế mã hóa IrCC-URC-MOD qua kênh HAP 73 Hình 17 Hiệu BER IrCC17-URC-QPSK CC-URC-QPSK, Rc=0,5, qua kênh HAP pha-đinh Rice Rayleigh 74 viii Hình 18 Hiệu FER IrCC17(31,27)-URC-QPSK SCCC [12] tỷ lệ mã hóa Rc=0,5 qua kênh HAP pha-đinh Rice,   450 (K=10dB) .76 Hình 19 Hiệu FER chế mã hóa IrCC8-URC-QPSK cho hệ thống HAP qua kênh HAP chuyển mạch hai trạng thái 77 Hình Chịm tín hiệu QPSK 87 Hình Chuỗi mã vịng Wj  l , D1 , D2  94 Hình Biểu đồ lưới CC(1,15/17) với tỷ lệ mã hóa Rc= 0,5 (a) Rc=0,67 (b) .96 Hình 4 Biểu đồ trạng thái mở rộng mã chập CC(1,15/17), Rc =0,67 .97 Hình Sơ đồ lưới hợp URC .99 Hình Đường biên xác suất lỗi bit hệ thống HAP sử dụng chế mã hóa IrCC8(17,15)-URC-QPSK, Rc=0,67, qua kênh HAP chuyển mạch hai trạng thái 101 104 Đề xuất thiết kế 28 tham số mã kênh tiếp cận dung lượng kênh cho hệ thống HAP Trong nghiên cứu mã kênh sử dụng cho hệ thống HAP, NCS đề xuất sử dụng IrCC với mục tiêu tiếp cận dung lượng kênh Các đóng góp nhóm kết là: Thiết kế IrCC8 IrCC17 cho hai trường hợp sử dụng mã chập mẹ: CC(1, 15/17) CC(1,27/31) sử dụng công cụ biểu đồ EXIT, qua: (i) số mơ hình kênh điển hình hệ thống HAP: kênh HAP pha-đinh Rice; Rayleigh kênh HAP chuyển mạch hai trạng thái; (ii) chế điều chế: QPSK, 8PSK, 16QAM, 64QAM; (iii) tỷ lệ mã hóa: 0,5; 0,67; 0,75 Cụ thể, luận án thiết kế 28 tham số cho IrCC Từ hồn tồn thiết kế IrCC với kịch khác Đồng thời, luận án đạt kết đánh giá hiệu IrCC-URC-MOD qua công cụ mô Với đề xuất sử dụng IrCC mã hóa vịng ngồi chế mã hóa cơng trình nghiên cứu [12] cho thấy hiệu đạt tốt so với PCCC SCCC [12] Chẳng hạn, số vòng lặp giải mã kích cỡ khung tin đủ lớn, chế mã hóa IrCC-URC-QPSK, với Rc=0,5 cho hiệu tiếp cận dung lượng kênh độ lợi mã hóa cải thiện khoảng:  1,7 dB/1,5 dB/0,8 dB qua kênh HAP chịu ảnh hưởng pha-đinh Rice (K=10 dB) tương ứng IrCC17(31,27)/ IrCC17(17,15)/ IrCC8(17,15)  1,0 dB/0,8 dB/0,5 dB qua kênh HAP chịu ảnh hưởng pha-đinh Rayleigh tương ứng với IrCC17(31,27)/ CC17(17,15)/ IrCC8(17,15)  1,2 dB/1,1 dB/0,7 dB kênh HAP chuyển mạch hai trạng thái tương ứng với IrCC8(31,27)/ IrCC17(17,15)/ IrCC8(17,15) Tuy nhiên, với kết cải thiện hiệu đạt độ phức tạp tính tốn tăng số vịng lặp giải mã tăng Hơn nữa, kích cỡ khung tin ngắn (khoảng vài trăm bit), hiệu độ lợi mã hóa cải thiện khơng đáng kể, chí khơng đạt 105 Xây dựng mơ hình giải tích xác định đường biên hiệu xác suất lỗi bit cho hệ thống HAP Để có đánh giá nhanh hiệu chế mã hóa IrCC-URCQPSK sử dụng hệ thống HAP, luận án xây dựng mơ hình giải tích xác định đường biên xác suất lỗi bit Trong mơ hình này, luận án đã: (i) xây dựng cơng thức tính xác suất lỗi cặp cho hệ thống HAP sử dụng điều chế QPSK; (ii) xây dựng mơ hình giải tích xác định đường biên xác suất lỗi bit chế mã hóa IrCC-URCQPSK; (iii) thiết lập bước xây dựng sơ đồ lưới mở rộng cho mã chập thành phần sử dụng IrCC, tạo sở xác định hàm liệt kê trọng số mã chập thành phần Tuy nhiên, với kết đạt vấn đề gợi mở xem hướng nghiên cứu luận án: - Nghiên cứu đánh giá hiệu mã kênh cho hệ thống HAP qua số mã kênh khác như: mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC), mã cực (Polar) … chế mã hóa khác - Xây dựng kịch mơ hình kênh HAP có xem xét đến ảnh hưởng pha-đinh Rice che khuất khu vực đô thị, ngoại thành, nơng thơn Từ thiết kế mã kênh tiếp cận dung lượng kênh cho hệ thống HAP qua mơ hình kênh - Thiết kế IrCC cho hệ thống HAP sử dụng chế điều chế tách sóng khơng quán - Nghiên cứu chế điều chế mã hóa thích ứng để nâng cao chất lượng thơng tin cho hệ thống HAP HAP không tựa tĩnh và/hoặc thiết bị thu phát mặt đất di động - Nghiên cứu thiết kế giải mã cho chế mã hóa IrCC-URC-MOD Trên số kết luận nội dung kết nghiên cứu luận án Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo hướng dẫn nhà khoa học định hướng góp ý để giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án 106 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ TẠP CHÍ KHOA HỌC [J1] Hien Nguyen Thu, Hung Nguyen Viet, Thang Le Nhat, Channel capacity for High Altitude Platform stations employing coherent detection, Tạp chí nghiên cứu khoa học cơng nghệ Qn sự, Số 46, 12/2016, tr 36-42 [J2] Nguyen Thu Hien, Nguyen Viet Hung, Vu Van San, Le Nhat Thang, Design of a near-capacity channel code for High Altitude Platform systems, Tạp chí nghiên cứu khoa học cơng nghệ Qn sự, Số 52, 12/2017, tr.52-59 [J3] Hien Thi Thu Nguyen, Hung Viet Nguyen, Thang Nhat Le, Performance upper bounds of High Altitude Platform systems over a two-state switched channel, International Journal of Applied Engineering Research, ISSN 0973-4562, Volume 13, Number 18 (2018), pp 13932-13939 HỘI NGHỊ KHOA HỌC [C1] Hien Thi Thu Nguyen, Hung Viet Nguyen, Thang Nhat Le, Design of nearcapacity channel codes for High Altitude Platform systems over a two-state switched channel model, Hội nghị quốc gia lần thứ 21 Điện tử, Truyền thông CNTT (REV-ECIT), 2018 CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN [J1] Nguyễn Thu Hiên, Lê Nhật Thăng, Vũ Thúy Hà, Phân tích hiệu mã kênh sử dụng kỹ thuật đường biên, Tạp chí CNTT&TT – số chuyên san Đại học Thái Nguyên, Tập 116, số 02, 2014, tr 51-56 [J2] Nguyễn Thu Hiên, Lê Nhật Thăng, Nguyễn Thúy Anh, Nghiên cứu ứng dụng biểu đồ EXIT phân tích thiết kế hệ thống giải mã lặp, Tạp chí nghiên cứu khoa học công nghệ Quân sự, Số 41, 10/2015, tr 50-56 [J3] Nguyen Thu Hien, Vu Van San, Nguyen Viet Hung, Channel capacity of High Altitude Platform systems: A Case Study, Jounal of Information and Communication: Ministry of Information and Communications, Vol E-3, No 14, p 54–60, 2017 107 [J4] Nguyen Thu Hien, Vu Van San, Nguyen Viet Hung, Channel capacity for High Altitude Platform systems employing non-coherent detection, Jounal of Science and Technology: Technical Universities, No 121/2017, p 41-47 108 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: THUẬT TOÁN ĐƯỜNG CONG EXIT 1: procedure EXIT curve  N , Rc , k , I A , ui  2: for j  1: N Rc /Tạo LLR từ kênh/ 3: LDeCSI , j  log x0 P  y x, a  x1 P  y x, a    4: end for 5: for q  1:length(I A,i ) 6:  k  J 1  I A,i  q   7: for j  : N R c 8: La,i ( j )   k2  AWGN  0, k2  /Tạo LLR tiền nghiệm/ 9: end for 10: Lq,i =logDecode( La,i , LDeCSI ) /Thực thuật toán giải mã/ 11: Le,i  Lp,i  La,i , i  1,2 12: l  len gth ( u i ) /Ước lượng pdf Le,i / 13: H  hist  L e ,i , u i  14: for j  1: l 15: p j  H j sum  H  16: end for 17: I E ,i  /Tính thơng tin tương hỗ/ 18: for j  1: l 19: I E,i  I E,i  pj pl  j 1 p j log2  pl  j log2 p j  pl  j p j  pl  j 109 20: end for 21: end for 22: end procedure output I E ,i PHỤ LỤC B: THUẬT TOÁN TỐI ƯU HỆ SỐ TRỌNG SỐ [72] B.1 Thuật toán tối ưu β  , l  l m in  0, J m in  e10 : WHILE  l   lmin  l   eb  TT AT ATβ  TT AT  b-Aαc  IF  eb  0 THEN β=β  e bT e b e T b T T A T ATe b  e b END α=Tβ+α c CALL l  l 1 , J  Aα-b , IF  J  J  THEN αopt  α, Jmin  J , lmin  l END END B.2 Bước chiếu DO /*Chiếu lên */ 110 e=Aα-b FOR j=1 TO P DO IF  e j   THEN e j  END END δ  e-Aα+b IF     THEN b '  AA T δ m  max j 1, , P : j   j b 'j  α  α  mA Tδ END α'  α /*Chiếu lên A*/ FOR i=1 TO L DO IF i  0 THEN i  END IF  i  1 THEN i 1 END END /*Chiếu lên C*/ -1 β=  T T T  T T  α-α c  α=Tβ+α c WHILE   '   111 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adnan, B M., Chakma, S., Alam, M J., and Alamgir, F M., Matlab based performance replication in high altitude platforms (HAPs) communication system, in 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT), (IEEE, 2016), pp 3606–3613 [2] Akyildiz, I F., Wang, X., and Colella, N J., HALO (High Altitude Long Operation): a broadband wireless metropolitan area network, in 1999 IEEE International Workshop on Mobile Multimedia Communications (MoMuC’99)(Cat No 99EX384), (IEEE, 1999), pp 271–275 [3] Al-Hourani, A., Kandeepan, S., and Jamalipour, A., Modeling air-to-ground path loss for low altitude platforms in urban environments, in 2014 IEEE Global Communications Conference, (IEEE, 2014), pp 2898–2904 [4] Anghel, C., Stanciu, C., and Paleologu, C., Efficient FPGA Implementation of a CTC Turbo Decoder for WiMAX/LTE Mobile Systems, Field: Programmable Gate Array (2017) 25 [5] Aragon-Zavala, A., Cuevas-Ruíz, J L., and Delgado-Penín, J A., High-altitude platforms for wireless communications, (John Wiley & Sons, 2008) [6] Bahl, L., Cocke, J., Jelinek, F., & Raviv, J., Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate, IEEE Transactions on Information Theory 20.2 (1974) 284–287 [7] Benedetto, S., Divsalar, D., Montorsi, G., and Pollara, F., Serial concatenation of interleaved codes: performance analysis, design, and iterative decoding, IEEE Transactions on Information Theory 44 (1998) 909–926 [8] Benedetto, S., and Montorsi, G., Unveiling turbo codes: some results on parallel concatenated coding schemes, IEEE Transactions on Information Theory 42 (1996) 409–428 [9] Bergren, S., Design Considerations for a 5G Network Architecture, ArXiv Preprint ArXiv:1705.02902 (2017) 112 [10] Berrou, C., Adde, P., Angui, E., and Faudeil, S., A low complexity soft-output Viterbi decoder architecture, in Proceedings of ICC ’93 - IEEE International Conference on Communications, 1993), pp 737–740 vol.2 [11] Berrou, C., Glavieux, A., and Thitimajshima, P., Near Shannon limit error-correcting coding and decoding: Turbo-codes 1, in Proceedings of ICC ’93 - IEEE International Conference on Communications, 1993), pp 1064–1070 vol.2 [12] Boch, A., Laddomada, M., Mondin, M., and Daneshgaran, F., Advanced channel coding for HAP-based broadband services [internetworking and resource management in satellite systems series], IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine 22 (2007) C7–C16 [13] Bucaille, I., Héthuin, S., Munari, A., Hermenier, R., Rasheed, T., and Allsopp, S., Rapidly deployable network for tactical applications: Aerial base station with opportunistic links for unattended and temporary events absolute example, in MILCOM 2013-2013 IEEE Military Communications Conference, (IEEE, 2013), pp 1116–1120 [14] CCIR XVIth Recommendations and Reports, Influence of terrain irregularities and vegetation on tropospheric propagation, Int Telecommun Union, Geneva, Switzerland 5, Rep 236-6 (1986) [15] Conan, Jean, The Weight Spectra of Some Short Low-Rate Convolutional Codes, IEEE Transactions on Communications 32.9 (1984) 1050–1053 [16] Craig, J W., A new, simple and exact result for calculating the probability of error for two-dimensional signal constellations, in MILCOM 91-Conference Record, (IEEE, 1991), pp 571–575 [17] Cuevas-Ruiz, J L., Aragón-Zavala, A., Medina-Acosta, G A., and Delgado-Penin, J A., Multipath propagation model for high altitude platform (HAP) based on circular straight cone geometry, in 2009 International Workshop on Satellite and Space Communications, (IEEE, 2009), pp 235–239 [18] Cuevas-Ruíz, J L., and Delgado-Penin, J A., Channel model based on semiMarkovian processes An approach for HAPS systems, in (IEEE, 2004), pp 52–56 113 [19] Cuevas-Ruíz, J L., and Delgado-Penín, J A., Channel modeling and simulation in HAPS systems, European Wireless 2004 (2004) 24–27 [20] Cuevas-Ruiz, J L., and Delgado-Penin, J A., A statistical switched broadband channel model for HAPS links, in 2004 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (IEEE Cat No 04TH8733), (IEEE, 2004), pp 290–294 [21] Declercq, D., Fossorier, M., and Biglieri, E., Channel Coding: Theory, Algorithms, and Applications: Academic Press Library in Mobile and Wireless Communications, (Academic Press, 2014) [22] Dhillon, H S., Huang, H., and Viswanathan, H., Wide-area wireless communication challenges for the Internet of Things, ArXiv Preprint ArXiv:1504.03242 (2015) [23] Divsalar, D., and F Pollara, Serial and hybrid concatenated codes with applications, Proc Int Symp Turbo Codes and Appls (1997) 80–87 [24] Divsalar, D., Dolinar, S., and Pollara, F., Serial turbo trellis coded modulation with rate-1 inner code, in 2000), p 194 [25] Dong, F., Li, M., Gong, X., Li, H., and Gao, F., Diversity Performance Analysis on Multiple HAP Networks, Sensors (Basel) 15 (2015) 15398–15418 [26] El-Hajjar, M., and Hanzo, L., EXIT charts for system design and analysis, IEEE Communications Surveys & Tutorials 16 (2014) 127–153 [27] Golub, G H., and Van Loan, C F., Matrix computations, (JHU press, 2012) [28] Grace, D., Mohorcic, M., Horwath, J., Capstick, M H., Pallavicini, M B., and Fitch, M., Communications from aerial platform networks delivering broadband for all—an overview of the CAPANINA project, in 2004) [29] Hagenauer, J., The EXIT chart-introduction to extrinsic information transfer in iterative processing, in 2004 12th European Signal Processing Conference, (IEEE, 2004), pp 1541–1548 [30] Hagenauer, J., and Hoeher, P., A Viterbi algorithm with soft-decision outputs and its applications, in 1989 IEEE Global Telecommunications Conference and Exhibition 114 “Communications Technology for the 1990s and Beyond,” 1989), pp 1680–1686 vol.3 [31] Hagenauer, J., Offer, E., and Papke, L., Iterative decoding of binary block and convolutional codes, IEEE Transactions on Information Theory 42 (1996) 429–445 [32] Hanzo, L., Ng, S X., Webb, W T., and Keller, T., Quadrature amplitude modulation: From basics to adaptive trellis-coded, turbo-equalised and space-time coded OFDM, CDMA and MC-CDMA systems, (IEEE Press-John Wiley, 2004) [33] Hassan, A E S., Dessouky, M., Elazm, A A., and Shokair, M., Evaluation of complexity versus performance for turbo code and LDPC under different code rates, in Proc SPACOMM 2012: The Fourth International Conference on Advances in Satellite and Space Communication, 2012), pp 93–98 [34] John G Proakis, Digital Communications, 3rd ed., (Mc-Graw Hill International Editions, 1995) [35] Khatalin, Sari, and John P Fonseka, Capacity of correlated Nakagami-m fading channels with diversity combining techniques, IEEE Transactions on Vehicular Technology 55.1 (2006) 142–150 [36] Khatalin, Sari, and John P Fonseka, On the channel capacity in Rician and Hoyt fading environments with MRC diversity, IEEE Transactions on Vehicular Technology 55.1 (2006) 137–141 [37] Khawaja, W., Guvenc, I., Matolak, D W., Fiebig, U.-C., and Schneckenberger, N., A survey of air-to-ground propagation channel modeling for unmanned aerial vehicles, IEEE Communications Surveys & Tutorials (2019) [38] Kwon, T.-J., and Draper, J., Floating-point division and square root implementation using a Taylor-series expansion algorithm with reduced look-up tables, in 2008 51st Midwest Symposium on Circuits and Systems, (IEEE, 2008), pp 954–957 [39] Lee, I., The effect of a precoder on serially concatenated coding systems with an ISI channel, IEEE Transactions on Communications 49 (2001) 1168–1175 [40] Lee, William C., Mobile communications engineering, (McGraw-Hill Professional, 1982) 115 [41] Lee, Y.-C., and Ye, H., Sky station stratospheric telecommunications system, a high speed low latency switched wireless network, 17th AIAA International Communications Satellite Systems Conference and Exhibit (1998) 1394 [42] Lien, S.-Y., Chen, K.-C., and Lin, Y., Toward ubiquitous massive accesses in 3GPP machine-to-machine communications, IEEE Communications Magazine 49 (2011) 66–74 [43] Lin, Shu, and Daniel J Costello., Error control coding, (Pearson Education India, 2001) [44] Loo, C., A statistical model for a land mobile satellite link, IEEE Transactions on Vehicular Technology 34 (1985) 122–127 [45] Lutz, E., Cygan, D., Dippold, M., Dolainsky, F., and Papke, W., The land mobile satellite communication channel-recording, statistics, and channel model, IEEE Transactions on Vehicular Technology 40 (1991) 375–386 [46] MacKay, D J C., and Neal, R M., Near Shannon limit performance of low density parity check codes, Electronics Letters 33 (1997) 457–458 [47] Mohammed, A., Mehmood, A., Pavlidou, F.-N., and Mohorcic, M., The role of highaltitude platforms (HAPs) in the global wireless connectivity, Proceedings of the IEEE 99 (2011) 1939–1953 [48] Mozaffari, M., Saad, W., Bennis, M., and Debbah, M., Drone small cells in the clouds: Design, deployment and performance analysis, in 2015 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), (IEEE, 2015), pp 1–6 [49] Mozaffari, M., Saad, W., Bennis, M., and Debbah, M., Mobile Internet of Things: Can UAVs provide an energy-efficient mobile architecture?, in 2016 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), (IEEE, 2016), pp 1–6 [50] Mozaffari, M., Saad, W., Bennis, M., and Debbah, M., Unmanned aerial vehicle with underlaid device-to-device communications: Performance and tradeoffs, IEEE Transactions on Wireless Communications 15 (2016) 3949–3963 116 [51] Mozaffari, M., Saad, W., Bennis, M., and Debbah, M., Efficient deployment of multiple unmanned aerial vehicles for optimal wireless coverage, IEEE Communications Letters 20 (2016) 1647–1650 [52] Nauman, A., and Maqsood, M., System design and performance evaluation of high altitude platform: Link budget and power budget, in 2017 19th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), 2017), pp 138–142 [53] Ng, S X., and Hanzo, L., On the MIMO channel capacity of multidimensional signal sets, IEEE Transactions on Vehicular Technology 55 (2006) 528–536 [54] Nguyen, H V., Xu, C., Ng, S X., and Hanzo, L., Near-capacity wireless system design principles, IEEE Communications Surveys & Tutorials 17 (2015) 1806–1833 [55] d’Oliveira, F A., Melo, F C L de, and Devezas, T C., High-altitude platforms— Present situation and technology trends, Journal of Aerospace Technology and Management (2016) 249–262 [56] Patzold, Matthias., Mobile fading channels: Modelling, analysis and simulation., (John Wiley & Sons, Inc., 2001) [57] Pietrobon, S S., and Barbulescu, A S., A Simplification of the Modified Bahl Decoding Algorithm for Systematic Convolutional Codes, ISITA’94: International Symposium on Information Theory & Its Applications 1994; Proceedings (1994) [58] Rao, K Deergha, Channel coding techiques for wireless communication, (Springer India, 2015) [59] Robertson, P., Villebrun, E., and Hoeher, P., A comparison of optimal and sub-optimal MAP decoding algorithms operating in the log domain, in Proceedings IEEE International Conference on Communications ICC ’95, 1995), pp 1009–1013 vol.2 [60] Rouzbehani, Behnam, and Arash Dana., Statistical modelling of small-scale fading effects for high-altitude platform propagation channels., Journal of the Chinese Institute of Engineers 37.4 (2014) 540–546 [61] Schreckenbach, F., and Bauch, G., Bit-interleaved coded irregular modulation, European Transactions on Telecommunications 17 (2006) 269–282 117 [62] Shannon, Claude Elwood, A mathematical theory of communication, Bell System Technical Journal 27.3 (1948) 379–423 [63] Shimamoto, S., Channel characterization and performance evaluation of mobile communication employing stratospheric platforms, IEICE Transactions on Communications 89 (2006) 937–944 [64] Simon, M K., and Alouini, M.-S., A unified approach to the performance analysis of digital communication over generalized fading channels, Proceedings of the IEEE 86 (1998) 1860–1877 [65] Simonite, Tom., Meet Facebook’s Stratospheric Internet Drone, MIT Technology Review Retrieved June (2016) [66] Studer, C., Benkeser, C., Belfanti, S., and Huang, Q., Design and implementation of a parallel turbo-decoder ASIC for 3GPP-LTE, IEEE Journal of Solid-State Circuits 46 (2010) 8–17 [67] Sudheesh, P G., Mozaffari, M., Magarini, M., Saad, W., and Muthuchidambaranathan, P., Sum-rate analysis for high altitude platform (HAP) drones with tethered balloon relay, IEEE Communications Letters 22 (2017) 1240–1243 [68] Tang, C., Liu, H., and Pan, G., Performance analysis of log-normal and Rayleighlognormal fading channels, in 12th International Conference on Signal Processing (ICSP), (IEEE, 2014), pp 1557–1560 [69] Ten Brink, S., Designing iterative decoding schemes with the extrinsic information transfer chart, AEU Int J Electron Commun 54.6 (2000) 389–398 [70] Ten Brink, S., Kramer, G., and Ashikhmin, A., Design of low-density parity-check codes for modulation and detection, IEEE Transactions on Communications 52 (2004) 670–678 [71] Tuchler, M., Design of serially concatenated systems depending on the block length, IEEE Transactions on Communications 52 (2004) 209–218 [72] Tüchler, M., and Hagenauer, J., EXIT charts of irregular codes, (2002) 118 [73] Ulloa-Vasquez, F., and Delgado-Penin, J A., Performance simulation in high altitude platforms (HAPs) communications systems, Data Systems in Aerospace 509 (2002) [74] Ungerboeck, G., Channel coding with multilevel/phase signals, IEEE Transactions on Information Theory 28 (1982) 55–67 [75] Union, I T., ITU-T G 1010: End-User Multimedia Qos Categories, G SERIES: Transmission Systems and Media, Digital System and Networks-Multimedia Quality of Service and Performance Generic and User-Related Aspects, (2001) [76] Viterbi, A J., An intuitive justification and a simplified implementation of the MAP decoder for convolutional codes, IEEE Journal on Selected Areas in Communications 16 (1998) 260–264 [77] Wicker, Stephen B., and Saejoon Kim., Fundamentals of Codes, Graphs, and Iterative Decoding, (Springer Science & Business Media, 2006) [78] Zajić, A., Mobile-to-mobile wireless channels, (Artech House, 2012) [79] Zeng, Y., Zhang, R., and Lim, T J., Wireless communications with unmanned aerial vehicles: Opportunities and challenges, IEEE Communications Magazine 54 (2016) 36–42 [80] Zheng, J., Ji, K., and Zhu, Y., High Altitude Platform-Based communication system Under LDPC coding in DVB-S2 standard., Applied Mechanics & Materials (2014)